JP2004228309A - 荷電ビーム制御方法、これを用いた半導体装置の製造方法および荷電ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電ビーム露光装置における光学収差と空間電荷効果によるボケを大幅に低減する。
【解決手段】低加速電圧の電子ビームを用いたセルアパーチャ方式の電子ビーム露光装置１において、４重の静電型マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）を用いてＸ方向とＹ方向とで相互に独立にビーム軌道を制御し、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれでビーム軌道が光軸から最も離れる３重目と４重目のマルチポールレンズ２３（Ｑ３，Ｑ４）の外側に磁界を励起させる磁界型４極子レンズ４３ａ，４３ｂをそれぞれ配置し、マルチポールレンズ２３により発生する電界に磁界を重畳させ、Ｘ方向とＹ方向とで相互に独立に色収差を補正する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩ、超ＬＳＩの半導体製造工程で使用されるイオンビーム、電子ビーム等の荷電ビームの制御方法、これを用いた半導体装置の製造方法および荷電ビーム露光装置露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
荷電ビーム露光装置は、その波長が光よりも短い電子（イオン）の波長レベルの分解能で描画できるため、高い解像度のパターンを形成できる機能を有している。この反面、光露光によるマスク描画方式と異なり、完成パターンを小さな分割パターンビームで直接描画するために、描画に長時間かかるという問題がある。
【０００３】
しかし、高精度の細線パターンを形成できる特徴を持っており、光露光方式のリソグラフィー技術の次の技術、またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の多品種少量生産向け半導体集積回路装置を製造するために有力なツールとして発展している。荷電ビームとして例えば電子ビームで直接パターンを形成する方法としては、小さな丸ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御しながらウェーハ全面をスキャンしてパターンを形成する方法の他、ステンシルアパーチャを通過した電子ビームをパターン描画するＶＳＢ描画方式がある（例えば、非特許文献１参照）。また、ＶＳＢ描画をさらに発展させた描画方式として、繰り返しパターンで一つのブロックを構成するようにしてステンシルを準備し、これを選択描画することで高速描画する一括描画方式の電子線描画技術も開発されている。
【０００４】
上記非特許文献１に開示されたＶＳＢ描画方式の電子線描画装置は、電磁レンズや静電偏向器で構成された電子光学系を備えるため、これらのレンズおよび偏向器の総合的な光学特性、機械的な組み立て精度、並びにコンタミネーションの影響等を十分考慮した構成を余儀なくされている。また、ビーム解像度を向上させるために、高加速度に加速した電子ビームをウェーハ上のレジストへ打ち込む方式を採用している。このため、照射された電子ビームによりウェーハ面のレジスト下面に付けられている各種多層薄膜内で後方散乱電子が発生して再びレジスト上方に向かう現象である近接効果の現象が発生し、この近接効果が描画パターンにボケや解像度劣化を引き起こす。従って、この近接効果を補正するための制御が必要となり、電子光学系のみならず制御面でも大掛かりなシステムを構築しなければならなかった。このため、システムが複雑化し、その結果トラブルを誘発するなど、却って精度が低下してしまうという問題があった。また、高加速度の電子ビームを用いているため、ウェーハ表面へのダメージも懸念される。
【０００５】
高加速電圧荷電ビームのＶＳＢ方式における上記問題点を克服するために、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子線描画方式が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１に開示された低加速の電子線描画装置を取り上げると、この装置は、電子光学レンズに回転対称型の静電型レンズ（アインツェル）を減速型の収束モードで採用している。このため、図１０に示すように、静電型レンズ６４、６６内で電子ビームが減速されて色収差および空間電荷効果によるボケが発生してしまう。また、セルアパーチャ１９を通過した電子ビーム６７が電子密度の高いクロスオーバ９８、９９を形成しているために、このクロスオーバ９８、９９での空間電荷効果によりセルアパーチャ像がウェーハ１４上でボケてしまい描画特性を劣化させるという問題もあった。
【０００７】
低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子線描画方式において上述した問題点を克服するために、縮小投影光学系を多重のマルチポールレンズにて構成した低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子線描画方式が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照）。特許文献３に開示された電子線描画装置は、図１１の電子ビーム軌道図に示すように、第２成形アパーチャ１９からウェーハ１４までの間に配置されて四極子場をそれぞれ発生させる４重の静電型マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）を備える。これらのマルチポールレンズには、Ｘ方向とＹ方向の２方向の電界が、例えばＸ方向が１重目から４重目まで順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界とした時、Ｙ方向は収束電界、収束電界、発散電界、収束電界となるように電圧が印加される。これにより、セルアパーチャ１９から出射するセルパターンビーム９はＸ方向とＹ方向とで異なった軌道を通り、かつ電子密度の高いクロスオーバを形成することなくウェーハ１４上へ集光する。空間電荷効果によるボケを低減するためには、電子ビーム８のビーム径を大きくすることが望ましい。電子ビーム８のビーム径を大きくする方法として、セルパターンビーム９の開き角を大きく取る方法と、電子ビーム８の照明位置をウェーハ１４側に近づける方法とがある。しかしながら、特許文献３に開示された電子線描画装置では、電子ビームの開き角を大きくすると開口収差と色収差が大きくなってしまう。また、電子ビーム８の照明位置ＬＰをウェーハ１４側に下げると、３重目のマルチポールレンズ２３（Ｑ３）の位置でＸ方向のビーム軌道が光軸から大きく離れるために、Ｘ方向で色収差が顕著になってしまう。そこで、特許文献３の電子線描画装置では、照明位置ＬＰがマルチポールレンズ２３のＱ１とＱ２との間になるように調整してビーム径を最小にし、これにより空間電荷効果によるボケの低減と収差性能との均衡を図る一方、Ｘ方向とＹ方向とで相互に独立して主偏向電圧比を調整するなどにより偏向収差を低減させている。
【０００８】
開口収差と色収差については従来から、電子顕微鏡等の光学系をアインツェルレンズで構成し、この光学系の一部にマルチポールレンズを収差補正器として組み込むことによりこれらの収差を補正する方法が用いられてきた（例えば、特許文献６、非特許文献３、４参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１７３５２９号公報
【特許文献２】
特開２００１−０９３８２５号公報
【特許文献３】
特開２００２−０５０５６７号公報
【特許文献４】
特開２００２−０９３３５７号公報
【特許文献５】
特開２００２−２１６６９０号公報
【特許文献６】
特開平５−２３４５５０号公報
【非特許文献１】
Ｈ．Ｓｕｎａｏｓｈｉ ｅｔ ａｌ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５），ｐｐ．６６７９−６６８３，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．１２８．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９５
【非特許文献２】
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１４（６） １９９６，３８０２
【非特許文献３】
Ｊ．Ｚａｃｈ ａｎｄ Ｍ．Ｈａｉｄｅｒ，”Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（Ｓｅｃｔｉｏｎ Ａ）Ｖｏｌ．３６３，Ｎｏ．１，２， ｐｐ３１６−３２５，１９９５
【非特許文献４】
Ｊ．Ｚａｃｈ， ”Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，Ｏｐｔｉｋ ８３，Ｎｏ．１， ｐｐ．３０−４０，１９８９
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アインツェルレンズで構成された光学系で開口収差と色収差とを補正しようとすると、いずれも結像光学系とは別個に収差補正器を組み込む必要があり、結果として光学長が長くなり空間電荷効果によるボケが却って増大してしまうという欠点があった。
【００１１】
本発明は上記事情によりなされたものであり、その目的は、光学収差と空間電荷効果によるボケとの両方を大幅に低減する荷電ビーム制御方法、これを用いた半導体装置の製造方法および荷電ビーム露光装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１３】
即ち、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、この荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、上記荷電ビームを第１の電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを第２の電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影工程と、上記セルパターンを通過した荷電ビームを第３の電界により偏向して上記基板上での照射位置を調整する第２の偏向工程と、を備え、上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板内で発生する後方散乱電子が上記照射位置に近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果が発生する電圧を下回る加速電圧で生成され、上記第２の電界は、それぞれＭ極子レンズ（Ｍは４以上の偶数）により生成されるＮ重（Ｎは２以上の自然数）のＭ極子場の電界を含み、上記縮小投影工程は、上記荷電ビームの上記基板上で結像する位置における空間電荷効果によるボケを低減するために上記ビーム径調整工程により上記ビーム径が拡大された場合に発生する開口収差および色収差の少なくともいずれかを、それぞれが上記光軸に直交する（Ｍ／２）方向において相互に独立に補正する収差補正工程を含む、荷電ビーム制御方法が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、
上述した荷電ビーム制御方法を用いて上記基板にパターンを描画する工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
さらに、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、この荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、上記荷電ビームを第１の電界により偏向して上記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを第２の電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影光学系と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを第３の電界により偏向して上記基板上での照射位置を調整する第２の偏向手段と、を備え、上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板内で発生する後方散乱電子が上記照射位置に近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果が発生する電圧を下回る加速電圧で出射させ、上記縮小投影光学系は、Ｎ重（Ｎは２以上の自然数）のＭ極子レンズ（Ｍは４以上の偶数）を含み、上記荷電ビームの上記基板上で結像する位置における空間電荷効果によるボケを低減するために上記照明光学系により上記ビーム径が拡大された場合に発生する開口収差および色収差の少なくともいずれかを、それぞれが上記光軸に直交する（Ｍ／２）方向において相互に独立に補正する収差補正手段を含む、荷電ビーム露光装置が提供される。
【００１６】
本発明にかかる荷電ビーム露光装置の実施の一態様において、上記セルアパーチャ側から起算して第（Ｎ−１）重目の上記４極子レンズは、コイルと、このコイルをそれぞれ覆うように磁性材料で形成され各コイルから電気的に絶縁された電極とを有し、上記第（Ｎ−１）重目の上記４極子レンズの電界を生成すると共に、この第（Ｎ−１）重目の上記４極子レンズの電界に重畳する磁界を励磁して上記第１の色収差補正手段の一部を構成する電界磁界兼用型の４極子レンズである。
【００１７】
本発明にかかる荷電ビーム露光装置の他の実施の一態様において、上記第１の色収差補正手段の一部を構成する電界磁界兼用型の４極子レンズに代え、またはこれに追加して、上記セルアパーチャ側から起算して第Ｎ重目の上記４極子レンズが、コイルと、このコイルをそれぞれ覆うように磁性材料で形成され各コイルから電気的に絶縁された電極とを有し、上記第Ｎ重目の上記４極子レンズの電界を生成すると共に、この第Ｎ重目の上記４極子レンズの電界に重畳する磁界を励磁して上記第２の色収差補正手段を構成する電界磁界兼用型の４極子レンズであることとしても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、電子ビームを用いてウェーハ上にパターンを描画する電子ビーム露光を取り上げて説明する。なお、以下の各図において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その説明を適宜省略する。
【００１９】
（１）第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態による電子ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。同図に示す電子ビーム露光装置１の電子光学系は、電子銃１１と、第１アパーチャ１３と、照明レンズ１５（１５ａ，１５ｂ）と、第１成形偏向器１７（１７ａ，１７ｂ）と、セルアパーチャ１９と、第２成形偏向器２１（２１ａ，２１ｂ）と、４重のマルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）と、プリ主偏向器２５（２５ａ，２５ｂ）と、磁界型４極子レンズ４３ａ，４３ｂと、副偏向器３１と、シールド電極３６，３８，３９，４１と、二次電子検出器３３とを備える。本実施形態の荷電ビーム露光装置１の特徴は、磁界型４極子レンズ４３ａ，４３ｂが磁界型の四極子場を励磁し、第３重目と第４重目のマルチポールレンズ２３（Ｑ３，Ｑ４）により励起される電界型の四極子場に重畳させることにより、色収差を補正する点にある。これについては後に詳述する。
【００２１】
電子銃１１は、低加速電圧の電子ビーム８を生成し、基板１４に向けて出射する。電子ビーム８は、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３を通過し、一括露光セルパターンが複数配列されたセルアパーチャ１９へ向かう。照明レンズ１５は、２個の静電レンズ（アインツェルレンズ）１５ａ，１５ｂで構成され、中央の電極へ負の電圧を印加して使用する。照明レンズ１５は、電子ビーム８がセルアパーチャ１９内の任意の一個のセルパターンに対して十分に大きくかつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさのビーム径を有するように電子ビーム８を成形する。第１成形偏向器１７は、第２照明レンズ１５ｂを通過した電子ビーム８によりセルアパーチャ１９において目標とするセルパターンが選択されるようにその目標位置を偏向制御する。第２成形偏向器２１は、セルアパーチャ１９を通過したセルアパーチャ像を光軸上に振り戻す。第１成形偏向器１７およびセルアパーチャ１９を通過した電子ビーム８は、セルアパーチャ１９を起点とするセルパターンビーム９としてスタートし、第２形偏向器２１により光軸上に振り戻された状態でマルチポールレンズ２３内へと照明される。マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）は、プリ主偏向器２５ａ，２５ｂを挟んで配設された４重の静電型マルチポールレンズで構成される。４重のマルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）は本実施形態において縮小投影光学系を構成する。また、本実施形態において各マルチポールレンズは、４極子レンズであり、８極子電極を用いて四極子場と呼ばれる電界を発生させ、電子ビーム８の軌道をＸ方向、Ｙ方向で互いに独立に制御する。本実施形態において、４重のマルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）には、光軸をＺ方向としてセルアパーチャ１９側から起算すると、例えばＸ方向が１重目から４重目まで順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界とした時、 Ｙ方向は収束電界、収束電界、発散電界、収束電界となるように電圧が印加される。本実施形態においては、マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）がＭ極子レンズ（Ｍ＝４）に該当し、四極子場がＭ極子場（Ｍ＝４）に該当し、また、Ｘ方向とＹ方向が（Ｍ／２）方向に該当する。
【００２２】
二次電子検出器３３は、副偏向器３１の下部に設けられ、電子ビーム８がウェーハ１４上に照射したときに発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子を検出する。これらの反射電子信号を図示しない処理装置により処理することによりＳＥＭ画像が取得され、ビーム調整等の制御に用いられる。
【００２３】
シールド電極３６は、第１成形偏向器１７ａの光軸方向上面、第１成形偏向器１７ａ，１７ｂの間、第２成形偏向器２１ａ，２１ｂの間、第２成形偏向器２１ｂの光軸方向下面、マルチポールレンズレンズ２３（Ｑ１）の光軸方向上面、マルチポールレンズレンズＱ２の光軸方向下面にそれぞれ近接して設置される。シールド電極３８は、マルチポールレンズレンズ２３のＱ１とＱ２との間に配設される。シールド電極３９は、プリ主偏向器２５ａと２５ｂとの間、プリ主偏向器２５ｂの光軸方向下面、マルチポールレンズレンズ２３のＱ３とＱ４との間およびＱ４の光軸方向下面に近接して配置される。シールド電極４１は、プリ主偏向器２５ａの光軸方向上面に近接して配置される。これらのシールド電極３６，３８，３９，４１は、いずれもグランド接続され、各電極により励起される静電場の浸み出しを防止することにより、各レンズまたは各偏向器から発生する静電界が相互に干渉するおそれを大幅に解消している。また、シールド電極３８，４１は開口アパーチャを兼ね、これらの開口アパーチャを用いてビーム電流を検出することにより、照明レンズ１５、第１成形偏向器１７、第２成形偏向器２１、マルチポールレンズ２３Ｑ１，Ｑ２およびプリ主偏向器２５のそれぞれについて電子ビーム８とのアライメントを調整することができる。
【００２４】
磁界型４極子レンズ４３ａ，４３ｂは、本実施形態において収差補正手段を構成し、光軸に沿った方向において第３重目および第４重目の静電型マルチポールレンズ２３（Ｑ３，Ｑ４）とそれぞれほぼ同一の位置で、静電型マルチポールレンズ２３（Ｑ３，Ｑ４）の外側に設けられる。磁界型４極子レンズ４３ａ，４３ｂは、それぞれ磁界型の四極子場を励起し、電子ビーム８の軌道が光軸から最も離れるために色収差が顕著に発生する位置において色収差を補正する。
【００２５】
磁界型４極子レンズ４３ａ，４３ｂの一例を図２の平面図に示す。同図に示す例では、８つのコイルＱＭ３ａ〜ＱＭ３ｈが４極子レンズ２３の各電極ＱＥ３ａ〜ＱＥ３ｈにそれぞれ対応するように各電極の外側で光軸を中心として放射状に配置されている。これらのコイルＱＭ３ａ〜ＱＭ３ｈに電流が与えられることにより、磁界型の四極子場が励磁され、この磁界型四極子場はマルチポールレンズ２３の各電極ＱＥ３ａ〜ＱＥ３ｈにより励起される電界型四極子場に重畳される。
【００２６】
また、図３は、磁界型４極子レンズの他の一例を示す平面図である。同図に示す磁界型４極子レンズ４３’は、４つのコイルＱａ’〜Ｑｄ’で構成され、Ｘ方向とＹ方向との間でそれぞれほぼ４５°の角度をなすように、４極子レンズ２３の電極ＱａとＱｂ、ＱｃとＱｄ、ＱｅとＱｆ、ＱｇとＱｈの各組み合わせに対応するようにこれらの外側に配置されている。
【００２７】
図１に戻り、Ｘ方向においては、電子ビーム８が最も広がる第３重目の静電型４極子レンズ２３（Ｑ３）の位置で（図１１参照）磁界型４極子レンズ４３ａが磁界型四極子場を励磁して電界型四極子場に重畳させることにより色収差を補正する。また、Ｙ方向においては、最も電子ビームが広がる第４重目の静電型４極子レンズ２３（Ｑ４）の位置で（図１１参照）磁界型４極子レンズ４３ｂが磁界型四極子場を励磁して電界型四極子場に重畳させることにより色収差を補正する。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、電子ビーム８が縮小投影光学系内で広がることに起因する色収差を補正するので、電子ビーム８の照明位置ＬＰをよりウェーハ１４側に近づけることができ、さらに、開き角を大きくすることによるビーム径の拡大が可能になる。これにより、個々の電子間の距離を大きくすることができ、空間電荷効果によるボケを大幅に低減することができる。
【００２９】
（２）第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００３０】
図４は、本実施形態による電子ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。図１に示す電子ビーム露光装置１との対比において明らかなように、本実施形態の電子ビーム露光装置２の特徴は、図１のマルチポールレンズ２３（Ｑ３，Ｑ４）および磁界型８極子レンズ４３ａ，４３ｂに代えて、電界型と磁界型とを兼用する４極子レンズ４５ａ，４５ｂを備え、これらの電界磁界兼用型の４極子レンズ４５ａ，４５ｂにより電界型四極子場と磁界型四極子場とを同時に励起して重畳する点にある。電子ビーム露光装置２のその他の構成および基本的な動作は、図１の電子ビーム露光装置１と実質的に同一である。
【００３１】
４極子レンズ４５の一例を図５の平面図に示す。同図に示す４極子レンズ４５は、それぞれ８本のコイルＬａ〜Ｌｈが内部に埋め込まれた金属電極ＱＥＭａ〜ＱＥＭｈが互いに２２．５°の角度で円環をなすように配置されて構成される。コイルＬａ〜Ｌｈと各電極ＱＥＭａ〜ＱＥＭｈとは互いに電気的に絶縁されるように形成される。電極ＱＥＭａ〜ＱＥＭｈの材料としては例えば鉄を使用すればよいが、セラミックの表面に金属をメッキした電極を用いることとしても良い。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、電界型と磁界型とを兼用する４極子レンズ４５ａ，４５ｂを備えるので、電子光学系の光軸からの径を外側へさらに広げることなく、上述した第１の実施の形態と同様に最も効果的に色収差を補正することができる。
【００３３】
（３）第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態について図６〜図８を参照しながら説明する。
【００３４】
図６は、本実施形態の荷電ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。同図に示す電子ビーム露光装置３の特徴は、第３重目のマルチポールレンズ２３（Ｑ３）のＺ方向上面近傍に設けられて電源ＰＳに接続された８極子レンズ５１ａと、第３重目のマルチポールレンズ２３（Ｑ３）と第４目のマルチポールレンズ２３（Ｑ４）との間に設けられて電源ＰＳに同様に接続された８極子レンズ５１ｂとを備える点にある。電子ビーム露光装置３のその他の構成は、磁界型８極子レンズ４３ａ，４３ｂを除いて図１に示す電子ビーム露光装置１と実質的に同一である。電子ビーム露光装置３の基本的な動作も、磁界型８極子レンズ４３による色収差補正機能を除いて図１に示す電子ビーム露光装置１と実質的に同一である。従って、以下では、８極子レンズ５１ａ，５１ｂの構成および機能を中心に説明する。
【００３５】
８極子レンズ５１ａ，５１ｂは、本実施形態における収差補正手段を構成し、電源ＰＳから可変電圧の印加を受けて、縮小投影光学系への入射時における電子ビーム８の開き角を大きくするときに発生する開口収差を補正する。
【００３６】
図７は、８極子レンズ５１の一例を示す平面図である。同図に示す８極子レンズ５１は、扇状の平面形状を有する８個の電極Ｑａ〜Ｑｈが互いに２２．５°の角度をおいて円環をなすように配置されることにより構成される。電極Ｑａ〜Ｑｈは、隣り合う電極同士で異なる極性の電圧の印加を電源ＰＳから受け八極子場を励起させる。この点を図８の部分拡大図を参照しながらより詳細に説明する。
【００３７】
図８に示すように、８極子レンズ５１ａには±Ｖａ１の電圧が印加され、８極子レンズ５１ｂには±Ｖａ２の電圧が印加される。８極子レンズ５１ａにより励起される八極子場によりＸ方向の開口収差が補正され、８極子レンズ５１ｂにより励起される八極子場によりＹ方向の開口収差が補正される。
【００３８】
八極子場を発生させるためには、必ずしも８極子レンズを配置する必要は無く、上述した８極子レンズに代えて、開口アパーチャ３９を配置してこれに電圧を印加することにより開口アパーチャ３９と４極子レンズ２３のフリンジ部ＦＲ２〜ＦＲ４に八極子場を発生させることによっても同様の効果が得られる。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、簡易な構成で開口収差を補正することができるので、セルアパーチャから縮小投影光学系へ電子ビーム８を入射させるときの開き角を大きく取ることができる。これにより、光学収差とウェーハ１４上での結像部における空間電荷効果によるボケとを同時に低減することができる。
【００４０】
（４）第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態について図９を参照しながら説明する。本実施形態の特徴は、前述した第２の実施の形態による色収差補正と上述した第３の実施の形態による開口収差補正とを組み合わせて単一の装置で両方の収差補正を実現する点にある。
【００４１】
図９は、本実施形態の電子ビーム露光装置４の要部を示す概略構成図である。同図に示す電子ビーム露光装置４は、電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａ，４５ｂと、電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａのＺ方向上面近傍および電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａ，４５ｂ間にそれぞれ配置され電源ＰＳに接続された開口アパーチャ３９とを備える点にある。電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａのＺ方向上面近傍および電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａ，４５ｂ間に配置された開口アパーチャ３９は、電源ＰＳから可変電圧の印加を受けて図８に示す８極子レンズ５１ａ，５１ｂと同様に動作して同様の機能を発揮する。電子ビーム露光装置４の基本的な動作および電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａ，４５ｂの動作および機能については、第２および第３の実施の形態と実質的に同一であるので、これらの説明は省略する。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、電子ビーム８が縮小投影光学系内で広がることに起因する色収差を補正する電界磁界兼用型４極子レンズ４５ａ，４５ｂと開口収差を補正する開口アパーチャ３９との両方を備えるので、電子ビーム８の縮小投影光学系内における照明位置ＬＰをよりウェーハ１４側に近づけることができるとともに、電子ビーム８の開き角を大きく取ることができる。これにより、電子ビームのビーム径を拡大することができるので、光学収差を犠牲にすることなく、ウェーハ１４上での結像部における空間電荷効果によるボケを大幅に低減することができる。
【００４３】
（５）半導体装置の製造方法
上述した電子ビームの制御方法を用いて基板に微細パターンを描画することにより、ボケや歪みのない正確なパターンを基板上に容易に形成することが可能になる。これにより、より高いスループットおよび歩留まりで半導体装置を製造することが可能になる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態のいくつかについて説明したが、本発明は上記形態に限るものでは決してなく、その技術的範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上述した第４の実施の形態では、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせた電子ビーム露光装置および電子ビーム制御方法について説明したが、例えば第１の実施の形態と第３の実施の形態との組み合わせでも、第１の実施の形態と第４の実施の形態における開口アパーチャとの組み合わせでも勿論選択可能である。また、上述した実施形態では、４極子レンズを用いてＸ方向およびＹ方向において相互に独立に開口収差および色収差の少なくともいずれかを補正する形態について説明したが、これに限ることなく、例えば８極子レンズ（Ｍ＝８）を使用すれば、それぞれが電子ビームの光軸に直交する４つの（Ｍ／２＝４）方向において相互に独立に開口収差および色収差の少なくともいずれかを補正することもできる。さらに、上述した実施の形態では、荷電ビームとして電子ビームを用いる場合について説明したが、例えばイオンビームを用いる露光装置にも本発明が適用できることは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００４６】
即ち、本発明によれば、開口収差および色収差の少なくともいずれかを、それぞれが荷電ビームの光軸に直交する（Ｍ／２）方向において相互に独立に補正するので、光学収差を犠牲にすることなく荷電ビームのビーム径を拡大することができる。これにより、基板上の結像位置における空間電荷効果によるボケを大幅に低減できるので、簡易な構成で高精度のパターン描画を実現することができる。
【００４７】
また、本発明によれば、簡易な構成で高精度のパターンを基板に描画できるので、より高いスループットおよび歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による荷電ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す荷電ビーム露光装置が備える磁界型４極子レンズの一例を示す平面図である。
【図３】図１に示す荷電ビーム露光装置が備える磁界型４極子レンズの他の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による荷電ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。
【図５】図４に示す荷電ビーム露光装置が備える電界磁界兼用型の４極子レンズの一例を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による荷電ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。
【図７】図６に示す荷電ビーム露光装置が備える８極子レンズの一例を示す平面図である。
【図８】図７に示す８極子レンズの動作の説明図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による荷電ビーム露光装置の要部を示す概略構成図である。
【図１０】従来の技術による荷電ビーム装置の一例が備える電子光学系の概略構成をビーム軌道とともに示す図である。
【図１１】従来の技術による荷電ビーム装置の他の例が備える電子光学系の概略構成をビーム軌道とともに示す図である。
【符号の説明】
１〜４ 電子ビーム露光装置
８Ｘ，９Ｘ Ｘ方向の電子ビーム軌道
８Ｙ，９Ｙ Ｙ方向の電子ビーム軌道
１１ 電子銃
１３ 第１アパーチャ
１４ ウェーハ
１５ａ，１５ｂ 照明レンズ
１７ａ，１７ｂ 第１成形偏向器
１９ セルアパーチャ
２１ａ，２１ｂ 第２成形偏向器
２３（Ｑ１〜Ｑ４） ４極子レンズ
２５ａ，２５ｂ プリ主偏向器
２７ 主偏向器
３１ 副偏向器
３３ 二次電子検出器
３６，３８，３９，４１ シールド電極
４３ａ，４３ｂ 磁界型８極子レンズ
４３’ 磁界型４極子レンズ
４５ａ，４５ｂ 電界磁界兼用型４極子レンズ
５１ａ，５１ｂ ８極子レンズ
Ｑａ〜Ｑｈ，ＱＥ３ａ〜ＱＥ３ｈ，ＱＥＭａ〜ＱＥＭｈ 金属電極
Ｌａ〜Ｌｈ コイル
ＰＳ 電源

Claims (17)

1. 荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
   前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
   前記荷電ビームを第１の電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、
   前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを第２の電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
   前記セルパターンを通過した荷電ビームを第３の電界により偏向して前記基板上での照射位置を調整する第２の偏向工程と、
   を備え、
   前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板内で発生する後方散乱電子が前記照射位置に近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果が発生する電圧を下回る加速電圧で生成され、
   前記第２の電界は、それぞれＭ極子レンズ（Ｍは４以上の偶数）により生成されるＮ重（Ｎは２以上の自然数）のＭ極子場の電界を含み、
   前記縮小投影工程は、前記荷電ビームの前記基板上で結像する位置における空間電荷効果によるボケを低減するために前記ビーム径調整工程により前記ビーム径が拡大された場合に発生する開口収差および色収差の少なくともいずれかを、それぞれが前記光軸に直交する（Ｍ／２）方向において相互に独立に補正する収差補正工程を含む、荷電ビーム制御方法。
2. 前記Ｍ極子レンズは、４極子場の電界を生成する４極子レンズであり、
   前記（Ｍ／２）方向は、互いに直交する第１の方向および第２の方向である、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム制御方法。
3. 前記収差補正工程は、前記セルアパーチャ側から起算して第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの電界に重畳する４極子場の第１の磁界を励磁することにより前記第１の方向における色収差を補正する工程を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の荷電ビーム制御方法。
4. 前記収差補正工程は、前記セルアパーチャ側から起算して第Ｎ重目の前記４極子レンズの電界に重畳する４極子場の第２の磁界を励磁することにより前記第２の方向における色収差を補正する工程を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の荷電ビーム制御方法。
5. 前記収差補正工程は、前記セルアパーチャ側から起算して第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの前記セルアパーチャ側の領域に第４の電界を生成することにより前記第１の方向における開口収差を補正する工程を含む、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の荷電ビーム制御方法。
6. 前記収差補正工程は、前記セルアパーチャ側から起算して第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの前記基板側の領域に第５の電界を生成することにより前記第２の方向における開口収差を補正する工程を含む、ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の荷電ビーム制御方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の荷電ビーム制御方法を用いて前記基板にパターンを描画する工程を備える半導体装置の製造方法。
8. 荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
   前記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
   所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
   前記荷電ビームを第１の電界により偏向して前記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
   前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを第２の電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
   前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを第３の電界により偏向して前記基板上での照射位置を調整する第２の偏向手段と、
   を備え、
   前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板内で発生する後方散乱電子が前記照射位置に近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果が発生する電圧を下回る加速電圧で出射させ、
   前記縮小投影光学系は、Ｎ重（Ｎは２以上の自然数）のＭ極子レンズ（Ｍは４以上の偶数）を含み、前記荷電ビームの前記基板上で結像する位置における空間電荷効果によるボケを低減するために前記照明光学系により前記ビーム径が拡大された場合に発生する開口収差および色収差の少なくともいずれかを、それぞれが前記光軸に直交する（Ｍ／２）方向において相互に独立に補正する収差補正手段を含む、荷電ビーム露光装置。
9. 前記Ｍ極子レンズは、４極子レンズであり、
   前記（Ｍ／２）方向は、互いに直交する第１の方向および第２の方向である、ことを特徴とする請求項８に記載の荷電ビーム露光装置。
10. 前記収差補正手段は、４極子場の磁界を励磁して前記セルアパーチャ側から起算して第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの電界に重畳させることにより前記第１の方向における色収差を補正する第１の色収差補正手段を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の荷電ビーム露光装置。
11. 前記収差補正手段は、４極子場の磁界を励磁して前記セルアパーチャ側から起算して第Ｎ重目の前記４極子レンズの電界に重畳させることにより前記第２の方向における色収差を補正する第２の色収差補正手段を含む、ことを特徴とする請求項９または１０に記載の荷電ビーム露光装置。
12. 前記第１の色収差補正手段または前記第２の色収差補正手段は、前記光軸に沿った方向において前記第Ｎ重目または前記第（Ｎ−１）重目の４極子レンズとそれぞれほぼ同一の位置であって前記第Ｎ重目または前記第（Ｎ−１）重目の４極子レンズの外側に設けられた磁界型４極子レンズを有する、請求項１０または１１に記載の荷電ビーム露光装置。
13. 前記セルアパーチャ側から起算して第Ｎ重目および第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの少なくとも一つは、コイルと、このコイルをそれぞれ覆うように磁性材料で形成され各コイルから電気的に絶縁された電極とを有し、前記第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの電界および前記第Ｎ重目の前記４極子レンズの電界の少なくともいずれかを生成すると共に、前記第（Ｎ−１）重目の前記４極子レンズの電界と前記第Ｎ重目の前記４極子レンズの電界との少なくともいずれかに重畳する磁界を励磁して前記第１および第２の色収差補正手段の少なくとも一部を構成する電界磁界兼用型の４極子レンズである、ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
14. 前記収差補正手段は、前記セルアパーチャ側から起算して前記第（Ｎ−１）重目の前記Ｍ極子レンズの前記セルアパーチャ側に第４の電界を生成することにより前記（Ｍ／２）のうちの少なくとも一つの方向における開口収差を補正する第１の開口収差補正手段を含むことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
15. 前記収差補正手段は、前記セルアパーチャ側から起算して前記第（Ｎ−１）重目の前記Ｍ極子レンズの前記基板側に第５の電界を生成することにより前記（Ｍ／２）のうちの少なくとも一つの方向における開口収差を補正する第２の開口収差補正手段を含むことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
16. 前記第１および前記第２の開口収差補正手段の少なくとも一つは、前記光軸に沿った方向において前記第（Ｎ−１）重目の前記Ｍ極子レンズの上面側および下面側の少なくともいずれかに配置されたさらなるＭ極子レンズを有することを特徴とする、請求項１４または１５に記載の荷電ビーム露光装置。
17. 前記第１および前記第２の開口収差補正手段の少なくとも一つは、前記光軸に沿った方向において前記第（Ｎ−１）重目の前記Ｍ極子レンズの上面側および下面側の少なくともいずれかに配置され、電圧の印加を受けて前記第（Ｎ−１）重目の前記Ｍ極子レンズとの間に前記第４および前記第５の電界のうちの少なくとも一つを生成する開口アパーチャを有する、請求項１４または１５に記載の荷電ビーム露光装置。

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